有機污染物生物降解途徑

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1、有機污染物生物降解途徑第二章第二章 微生物對污染物微生物對污染物的降解和轉(zhuǎn)化的降解和轉(zhuǎn)化有機污染物生物降解途徑第五節(jié)第五節(jié) 有機污染物生物降解途徑有機污染物生物降解途徑有機污染物生物降解途徑CO2有機質(zhì) 自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用自然界物質(zhì)循環(huán)中微生物的作用有機污染物生物降解途徑一、生物組分的大分子有機物降解一、生物組分的大分子有機物降解n1.多糖類的生物降解多糖類的生物降解n纖維素的降解纖維素的降解 纖維素纖維素植物結(jié)構(gòu)多糖植物結(jié)構(gòu)多糖 生物降解必須在產(chǎn)纖維素酶的微生物作用下分解成單糖。生物降解必須在產(chǎn)纖維素酶的微生物作用下分解成單糖。纖維素酶包括：纖維素酶包括：C1酶和酶和Cx酶（酶（-

2、1,4-葡聚糖酶）、葡聚糖酶）、葡葡萄糖苷酶萄糖苷酶 有機污染物生物降解途徑微生物分解纖維素的生化機制微生物分解纖維素的生化機制 纖維素纖維素 單糖單糖纖維素復(fù)合酶的類型纖維素復(fù)合酶的類型（按作用場所分）：（按作用場所分）：表面酶：表面酶：分布于細胞表面分布于細胞表面,不能在其細胞培養(yǎng)液中起作用的酶（食纖維菌）不能在其細胞培養(yǎng)液中起作用的酶（食纖維菌）外外 酶：酶：分泌到胞外分泌到胞外,在細胞生活環(huán)境中起作用的酶（真菌的纖維素酶）。在細胞生活環(huán)境中起作用的酶（真菌的纖維素酶）。內(nèi)切葡萄糖酶內(nèi)切葡萄糖酶外切葡萄糖酶外切葡萄糖酶-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶纖維素復(fù)合酶纖維素復(fù)合酶有機污染物生物降解途徑分

3、解纖維素的微生物分解纖維素的微生物(1)(1)有氧、中溫條件有氧、中溫條件a.a.真菌真菌(木霉屬木霉屬)木材腐朽：木材腐朽：棕色腐朽（褐腐）棕色腐朽（褐腐）：真菌分解纖維素剩下木質(zhì)素：真菌分解纖維素剩下木質(zhì)素 白白 腐：腐：真菌分解木質(zhì)素剩下纖維素真菌分解木質(zhì)素剩下纖維素b.b.細菌細菌（食纖維菌屬（食纖維菌屬)c.c.放線菌放線菌 有機污染物生物降解途徑(2)(2)無氧中溫條件無氧中溫條件 細菌細菌：纖維分解梭菌。：纖維分解梭菌。真菌真菌：木朽菌、層孔菌：木朽菌、層孔菌 放線菌放線菌：(3)(3)高溫條件：在高溫條件：在60706070條件下生長，并分解纖維素條件下生長，并分解纖維素 細細

4、 菌菌：熱纖維菌：熱纖維菌 放線菌放線菌：鏈霉菌屬、小單孢菌屬：鏈霉菌屬、小單孢菌屬有機污染物生物降解途徑n1.多糖類的生物降解多糖類的生物降解一、生物組分的大分子有機物降解一、生物組分的大分子有機物降解n 淀粉淀粉植物的貯存多糖植物的貯存多糖 由產(chǎn)淀粉酶的微生物將淀粉水解成麥芽糖，由產(chǎn)淀粉酶的微生物將淀粉水解成麥芽糖，在進在進入細胞內(nèi)被微生物分解、利用。入細胞內(nèi)被微生物分解、利用。有機污染物生物降解途徑n1.多糖類的生物降解多糖類的生物降解一、生物組分的大分子有機物降解一、生物組分的大分子有機物降解原果膠：原果膠：半乳糖醛酸半乳糖醛酸以以-1，4糖苷鍵連成糖苷鍵連成的多糖的多糖 由原果膠酶分

5、解成可溶性果膠，再進一步由原果膠酶分解成可溶性果膠，再進一步降解成果膠酸、半乳糖醛酸。降解成果膠酸、半乳糖醛酸。有機污染物生物降解途徑分解果膠的微生物分解果膠的微生物細細 菌：芽孢桿菌、梭菌、假單孢菌等菌：芽孢桿菌、梭菌、假單孢菌等放線菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動放線菌等放線菌：鏈霉菌、小單孢菌、游動放線菌等真真 菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等菌：青霉、曲霉、木霉、根霉等有機污染物生物降解途徑 水浸法：水浸法：把麻類物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生把麻類物質(zhì)浸入水中，利用厭氣微生物分解其中的果膠。物分解其中的果膠。露浸法：露浸法：把麻類物質(zhì)堆置并保持一定的濕度，把麻類物質(zhì)堆置并保持一定的濕度，利用好氧微

6、生物分解果膠。利用好氧微生物分解果膠。果膠分解的應(yīng)用果膠分解的應(yīng)用-麻類脫膠麻類脫膠有機污染物生物降解途徑半纖維素的分解半纖維素的分解五碳糖五碳糖、六碳糖六碳糖及及糖醛酸糖醛酸的組成的多糖的組成的多糖分解半纖維素的微生物：分解半纖維素的微生物：真菌（真菌（雙孢蘑菇）雙孢蘑菇）放線菌（放線菌（青銅色小單孢菌）青銅色小單孢菌）細菌（細菌（枯草桿菌）枯草桿菌）原生動物原生動物藻藻 類類有機污染物生物降解途徑一、生物組分的大分子有機物降解一、生物組分的大分子有機物降解n2.木質(zhì)素的生物降解木質(zhì)素的生物降解H2O2H2OMnPMnP+Mn3+Mn2+Mn3+丙二酸鹽丙二酸鹽木素氧化態(tài)木素圖1-3 MnP

7、降解木素機制螯合物 微生物不可以不可以直接將木素作為碳源來利用；可降解木素的酶：Mn過氧化物酶、漆酶、木素降解酶；木素一般是先被降解成芳香族化合物芳香族化合物，再由多種微生物繼續(xù)進行分解。有機污染物生物降解途徑一、生物組分的大分子有機物降解一、生物組分的大分子有機物降解n3.3.脂類生物降解脂類生物降解n脂質(zhì)或稱脂類（lipids）是由脂肪酸與醇縮合生成的酯及其衍生物，根據(jù)脂類的主要成分分類，可將脂類分為單脂和復(fù)脂。n單脂是由各種高級脂肪酸和醇構(gòu)成的酯，如常說的油脂，僅含有脂肪酸和醇；復(fù)脂是除含有脂肪酸和各種醇以外還含有其它成分的酯，如結(jié)合磷酸的稱為“磷脂（phopholipids）等。n顯著

8、特點是一般不溶于水，而溶于乙醚、氯仿、苯等有機溶劑，這種溶于有機溶劑而不溶于水的特性稱為“脂溶性”。n酯類物質(zhì)一般先通過脂肪酶降解成甘油和脂肪酸甘油和脂肪酸。甘油能被大多數(shù)微生物所利用；脂肪酸通過氧化，分解成多個乙酸。有機污染物生物降解途徑二、烴類化合物的微生物降解二、烴類化合物的微生物降解1.烷烴類的微生物降解烷烴類的微生物降解（1）甲烷的氧化）甲烷的氧化nCH4CH3OHHCHOHCOOHCO2（2）乙烷、丙烷、丁烷的氧化）乙烷、丙烷、丁烷的氧化n在甲烷菌的共代謝作用下，生成相應(yīng)的酮，進一步被微生物降解；（3）高級烷烴類的氧化）高級烷烴類的氧化n 高級烷烴低級化，低級形成相應(yīng)的醛、酸、酮等

9、。有機污染物生物降解途徑2.烯烴類的微生物降解烯烴類的微生物降解n根據(jù)雙鍵位置不同（中部或C1-C2之間），氧化途徑不同。（圖2-5有三種可能）二、烴類化合物的微生物降解二、烴類化合物的微生物降解3.芳烴類的微生物降解芳烴類的微生物降解n如有側(cè)鏈，一般先從側(cè)鏈開始分解；各種芳烴類化合物雖然最終的步驟可能不同，但他們都有共同的中間產(chǎn)物雙酚類化合物雙酚類化合物。4.脂環(huán)烴類的微生物降解脂環(huán)烴類的微生物降解n烴類中，此類的抗生物降解性最強。有機污染物生物降解途徑有機污染物生物降解途徑5.海洋油污的微生物降解及其生態(tài)學(xué)特征海洋油污的微生物降解及其生態(tài)學(xué)特征 （1）海洋中石油污染物的遷移途徑 主要由于石

10、油降解微生物作用得以凈化。（2）海洋石油降解微生物的特點 分布上在近海，不在遠海；石油降解菌的生長位置在水油交界處，而不是在油液中。（3）環(huán)境因子的影響 溫度、氧和N、P二、烴類化合物的微生物降解二、烴類化合物的微生物降解有機污染物生物降解途徑三、農(nóng)藥的微生物降解與轉(zhuǎn)化三、農(nóng)藥的微生物降解與轉(zhuǎn)化1.農(nóng)藥的環(huán)境污染農(nóng)藥的環(huán)境污染 目前使用的農(nóng)藥主要有有機氯、有機磷、有機氮和有機硫類；其中有機氯類最具危險性。有機氯類農(nóng)藥為脂溶性的，易進入生物體內(nèi)，富集于內(nèi)臟中。2.微生物對農(nóng)藥的降解和轉(zhuǎn)化微生物對農(nóng)藥的降解和轉(zhuǎn)化n 都是先被降解成雙酚結(jié)構(gòu)，再被其他微生物繼續(xù)降解。n 2,4-D（2,4-二氯苯氧乙

11、酸）、草芽蘋和2,4,5-T的降解、DDT的降解（僅能通過微生物的共代謝得到降解）有機污染物生物降解途徑（1）2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）二氯苯氧乙酸）n真菌中黑曲霉，僅能將-OH基引入芳香環(huán)，有機污染物生物降解途徑（2）草芽蘋和）草芽蘋和2,4,5-T的降解的降解有機污染物生物降解途徑四、其它合成有機物的微生物降解四、其它合成有機物的微生物降解與轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)化1.合成洗滌劑的降解和轉(zhuǎn)化合成洗滌劑的降解和轉(zhuǎn)化nLAS經(jīng)末端氧化、氧化、脫磺基等作用產(chǎn)生苯甲酸或苯乙酸，產(chǎn)生鄰苯二酚降解2.多氯聯(lián)苯多氯聯(lián)苯（Polychlorobiphenyl，PCB）的降解的降解n廣泛應(yīng)用于化工、電氣、橡膠和塑

12、料工業(yè)；n氯含量與降解難易程度相關(guān)；n光降解作用有利于脫氯，提高多氯聯(lián)苯可生物降解性能3.聚乙二醇聚乙二醇（Polyethylenglycol，PEG）的降解的降解nPEG400易降解，PEG1500降解速度下降，PEG4000難降解4.增塑劑的降解增塑劑的降解n光降解作用使塑料粉末化，相對分子量降至5000以下，利用微生物利用。有機污染物生物降解途徑五、有機汞的微生物分解、轉(zhuǎn)化五、有機汞的微生物分解、轉(zhuǎn)化n抗汞微生物將有機汞還原為無機汞化物或金屬汞。有機污染物生物降解途徑（一）氨化作用（一）氨化作用（1）蛋白質(zhì)分解）蛋白質(zhì)分解（2）核酸的分解）核酸的分解的氨化的氨化六、六、氮素循環(huán)中微生物的

13、作用氮素循環(huán)中微生物的作用有機污染物生物降解途徑（一）氨化作用（一）氨化作用(3)尿素的氨化尿素的氨化尿素細菌：尿素細菌：1 1、球菌、球菌：尿素生孢八疊球菌：尿素生孢八疊球菌 2 2、芽孢桿菌、芽孢桿菌：巴斯德尿素芽孢桿菌：巴斯德尿素芽孢桿菌六、六、氮素循環(huán)中微生物的作用氮素循環(huán)中微生物的作用有機污染物生物降解途徑（一）氨化作用（一）氨化作用(3)尿素的氨化尿素的氨化尿素細菌的生理特點：尿素細菌的生理特點：喜好堿性條件。喜好堿性條件。以尿素、銨鹽為以尿素、銨鹽為N N源，以有機源，以有機C C為為C C源、能源。源、能源。有機污染物生物降解途徑（二）硝化作用（二）硝化作用銨氧化形成硝酸的微生

14、物學(xué)過程銨氧化形成硝酸的微生物學(xué)過程硝化作用硝化作用化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型異異 養(yǎng)養(yǎng) 型型1 1、硝化細菌和硝化作用的過程、硝化細菌和硝化作用的過程NHNH4 4+NO NO2 2-NO NO3 3-硝酸細菌硝酸細菌亞硝酸細菌亞硝酸細菌有機污染物生物降解途徑2 2、影響硝化作用的環(huán)境因素、影響硝化作用的環(huán)境因素 (1)pH(1)pH值：適宜微堿性值：適宜微堿性 (2)(2)溫度：溫度：4-404-40，最適：，最適：25-3525-35 (3)(3)通氣：需氧通氣：需氧 (4)(4)濕度：過量影響通氣，不足引起細胞缺水。濕度：過量影響通氣，不足引起細胞缺水。3 3、硝化作用的農(nóng)業(yè)意義、硝化作用的

15、農(nóng)業(yè)意義 淋溶淋溶 硝化作用的化學(xué)抑制硝化作用的化學(xué)抑制（二）硝化作用（二）硝化作用六、氮素循環(huán)中微生物的作用六、氮素循環(huán)中微生物的作用有機污染物生物降解途徑（三）反硝化作用（三）反硝化作用微生物還原硝酸為亞硝酸、氨和微生物還原硝酸為亞硝酸、氨和N2的作用的作用HNO3 N2O 或或 N2NH3合成性硝酸還原作用合成性硝酸還原作用硝酸鹽的異化還原作用硝酸鹽的異化還原作用（脫氮）（脫氮）1、反硝化作用的過程、反硝化作用的過程有機污染物生物降解途徑（三）反硝化作用（三）反硝化作用2 2、反硝化作用微生物、反硝化作用微生物 大多數(shù)：異養(yǎng)兼厭氣性大多數(shù)：異養(yǎng)兼厭氣性 極少數(shù)：化能自養(yǎng)型（脫氮硫桿菌）極少數(shù)：化能自養(yǎng)型（脫氮硫桿菌）有機污染物生物降解途徑（三）反硝化作用（三）反硝化作用3 3、環(huán)境對反硝化作用的影響、環(huán)境對反硝化作用的影響 水分及通氣狀況水分及通氣狀況 pHpH值值 有機質(zhì)與有機質(zhì)與NONO-3 3含量含量水稻土長期的干濕交替的狀況有機污染物生物降解途徑思思 考考 題題1 1 簡要說明多糖類化合物（纖維素、半纖維簡要說明多糖類化合物（纖維素、半纖維素、淀粉、原果膠）的生物代謝途徑。素、淀粉、原果膠）的生物代謝途徑。2 2 芳香族化合物的生化降解途徑有何特點？芳香族化合物的生化降解途徑有何特點？